Сварка

С увеличением  длины дуги ее напряжение возрастает и кривая статической вольтамперной  характеристики поднимается выше, с  уменьшением длины дуги опускается ниже, качественно сохраняя при этом свою форму. Кривую статической характеристики можно разделить на три области: падающую, жесткую и возрастающую. В первой области увеличение тока приводит к резкому падению напряжения дуги.

Это обусловлено  тем, что с увеличением силы тока увеличиваются площадь сечения  столба дуги и его электропроводность. Горение дуги на режимах в этой области изменением напряжения дуга. Это объясняется тем, что площадь сечения столба дуги и активных пятен изменяется пропорционально силе тока, в связи с чем плотность тока и падение напряжения в дуге сохраняются постоянными.

 

 

 

 

 

 

 

3. Требование к источникам питания сварочной дуги

Важными технологическими характеристиками дуги являются зажигание  и стабильность горения дуги. Условия  зажигания и горения дуги зависят  от рода тока, полярности, химического  состава электродов, межэлектродного  промежутка и его длины. Для надежного  обеспечения процесса зажигания  необходимо подведение к электродам достаточного напряжения холостого  хода источника питания дуги, но в то же время безопасного для  работающего.

К источникам питания сварочной дуги предъявляются  технические требования, связанные  со статической характеристикой  дуги, процессом плавления и переноса металла при сварке. Эти источники  значительно отличаются от электрических  аппаратов, применяемых для питания  током силовых и осветительных  установок, и имеют следующие  отличительные особенности:

• сварочные аппараты должны быть оборудованы устройством для регулирования силы сварочного тока, максимальное значение которого короткого замыкания, возникающий в момент касания электродом изделия и при переносе расплавленного металла на изделие, должен быть определенной величины, безопасной для перегрева аппарата и пережога обмоток и достаточной для быстрого разогрева конца электрода, ионизации дугового пространства и возникновения дуги;

• напряжение холостого хода должно  обеспечивать быстрое зажигание дуги, но не создавать опасности поражения сварщика электрическим током при соблюдении работающим правил безопасности; обычно оно в 1,8—2,5 раза больше рабочего напряжения дуги и находится в пределах 60—80 В. В правилах устройства электроустановок указаны предельные

 

 

• величины напряжения холостого хода аппаратов ручной дуговой сварки — постоянного тока 100 В (средняя величина), переменного 80 В;

 

• в процессе ручной сварки в зависимости от применяемой марки электродов и мастерства сварщика длина дуги может меняться в пределах 3—5 мм и соответственно будет меняться напряжение дуги, однако при этом лишь незначительно может меняться установленная сила тока, обеспечивающая требуемый тепловой режим сварки.

 

Все указанные  требования учитываются внешней  вольтамперной характеристикой  источника питания, которой называется зависимость между величиной  сварочного тока и напряжения на выходных клеммах сварочного аппарата. Различают  несколько типов внешних характеристик: крутопадающую, пологопадающую, жесткую и возрастающую.

Для ручной дуговой сварки наилучшая характеристика источника - крутопадающая, которая  обеспечивает незначительное изменение  сварочного тока при постоянных изменениях длины дуги в процессе сварки, которые  требуют постоянно изменять напряжение на дуге. Длина дуги меняется в связи  с отделением капель электрода в  ванну, а увеличивающаяся длина  дуги образует повышенное сопротивление  дуги, для преодоления которого (чтобы  не погасла дуга) требуется мгновенно  увеличивать напряжение - в этом и заключается отзывчивость характеристики источника тока для поддержания  стабильного горения дуги. При  укорачивании дуги напряжение ей требуется  меньшее, но должно ускоряться плавление  электрода, восстанавливая нормальную длину дуги. Это ускорение достигается  за счет мгновенного увеличения тока.

Большое значение имеют динамические свойства источника питания - это  быстрота восстановления напряжения от нулевого значения в момент короткого  замыкания до напряжения повторного зажигания дуги.

 

Динамические  свойства зависят от индуктивности  источника питания. Чем индуктивность  выше, тем выше динамические свойства, при которых существует спокойный  перенос электродного металла и  малое разбрызгивание. Все это  происходит под воздействием свойств  внешней характеристики дуги и динамичности электрической системы.

Источники питания  выпускаются в соответствии с  требованиями ГОСТов 95-69; 7012-69; 13821-68, которыми установлены различные требования, как технические, так и по безопасности.

4. Ручная электродуговая сварка.

Ручную дуговую сварку выполняют  сварочными электродами, которые вручную  подают в дугу и перемещают вдоль  заготовки. В процессе сварки металлическим  покрытым электродом - дуга горит между  электродным стержнем и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями  стекает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защитную атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и образуется сварочный шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку.

 

 

 

Рисунок 1. Схема сварки покрытым металлическим электродом

 

 

Электроды для  ручной сварки представляют собой стержни  с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная.

Ручная сварка удобна при выполнении коротких и  криволинейных швов в любых пространственных положениях - нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном, при наложении швов в  труднодоступных местах, а также  при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более  низкой производительностью, например, по сравнению с автоматической дуговой  сваркой под флюсом.

Производительность  процесса в основном определяется сварочным  током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока сверх  рекомендованного значения приводит к  разогреву стержня электрода, отслаиванию  покрытия, сильному разбрызгиванию и  угару расплавленного металла. Ручную сварку постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

К недостаткам  электродуговой сварки можно отнести  большие материальные и временные  затраты на подготовку сварщика; качество сварного соединения и его свойства во многом определяются субъективным фактором; низкая производительность (пропорциональна сварочному току, увеличение сварочного тока приводит к разрушению электродного покрытия); вредные и тяжёлые условия  труда.

Электродуговую  сварку плавлением можно классифицировать следующим образом:

• По типу применяемых электродов: плавящиеся металлические электродные стержни и неплавящиеся (угольные или вольфрамовые).

 

• По типу применяемого источника питания электрической дуги: постоянный прямой и обратной полярности ток и переменный ток.
• По способу защиты электрической дуги от окружающей среды:

• открытая дуга, закрытая дуга (когда свариваемые изделия электроды с качественной толстой обмазкой).
• По применению присадочного материала и без применения.
• По типу сварочных швов: вертикальные, горизонтальные, наклонные швы; узкие, широкие, с наплавкой металла и без наплавки, и др.

Плавящиеся  электродные стержни для сварки применяют в виде хлоднотянутой проволоки диаметром 0,3 – 12мм, а также горячекатаной или порошковой проволоки, электродной ленты и электродных пластин.

 

Исходные  данные для расчетов

Дано: Сталь 3 ГОСТ 380 – 88;

 толщина листа S = 11 мм .

 

Описание  свойств стали .

Данная сталь углеродистая обыкновенного качества, относится к первой группе сталей – хорошо сваривающиеся. Сварка может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки.

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет ручной дуговой сварки (соединение встык)

 

Таблица 1 – Выбор диаметра электрода при сварке стыковых соединений

Толщена деталей S,мм	1,5 –  2	3	4 - 8	9 - 12	13 - 15	16 - 20	20
Диаметр электрода dЭ, мм	1,6 - 2	3	4	4 - 5	5	5 - 6	6 - 10

Диаметр электрода  равен 5 мм.

      (1)

А

где j – допускаемая плотность тока, . При которой температура нагрева электродного стержня к концу плавления не превышает 600 – 650С° и выбирается по таблице 2.

 

Таблица 2 –  Значения допускаемой плотности  тока в электроде при ручной электродуговой сварке.

Виды покрытия	Допускаемая плотность тока в электроде ( ) при dЭ (мм)
	3	4	5	6
Рудно-кислое Рутиловое	14 - 20	11,5 - 16	10 – 13,5	9,5 – 12,5
Фтористо-кольцевые	13 – 18,5	10 – 14,5	9 – 12,5	8,5 - 12

 

Число проходов определяем по формуле:

     (2)

где F₁ – площадь наплавляемого металла за первый проход, мм ;

       F_H – общая площадь наплавленного металла, мм ;

       F_n – площадь наплавляемого металла за последующие проходы, мм² ;

       n – число проходов.

При сварке многопроходных швов стыковых соединений первый проход должен выполняться электродом диаметром от 4 – 5 мм. При сварке стыковых швов с толщенной больше 8 мм площадь первого прохода определяется по формуле:

 мм²    (3)

 

Площадь последующих проходов по формуле:

 мм²    (4)

Определяем  общую площадь наплавленного  металла.

Общая площадь  наплавляемого металла при выполнении стыковых соединений определяется по формуле:

         (5)

 

         (6)

      (7)

    (8)

h₁: 3 < h₁ < 4 мм

    9)

 

Величина  зазора в стыке b < d_Э .

Высота валика .

Тогда подставляем  в формулу:

  (10)

мм²

Скорость  сварки может быть определена по формуле:

     (11)

где а_n - коэффициент наплавки,

a_n = 0,002 – 0,0028

       p – плотность наплавленного металла,

       F_n – площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, см².

 

 

 

6. Расчет ручной дуговой сварки (угловое и тавровое соединение)

Таблица 3 –  Величина диаметра электрода от катета углового шва.

Катет шва, К	3	4 - 5	6 – 9
Диаметр электрода, dЭ	3	4	5

 

Площадь наплавленного  металла определяется по формуле:

           (12)

мм²

где F_Т – площадь наплавленного металла при сварке тавровым или угловым соединением;

К – катет  шва, мм ;

К_у – коэффициент усиления.

 

Таблица 4 –  Коэффициент усиления в зависимости  от катета углового шва.

Катет шва,мм	3 - 4	5 - 6	7 - 10	12 - 30	20 - 30	30
Коэффициент усиления	1,5	1,35	1,25	1,15	1,1	1,05